AVANT-PROPOS...7
SOMMAIRE...11
I - COMPARTIMENTATION CELLULAIRE...13
Gérard KLEIN - MichelSATRE 1. Organisation des procaryotes ...15
2. Les eucaryotes ont une structuration compartimentée ...17
2.1. Les organites intracellulaires ...20
2.2. Le fractionnement subcellulaire...20
2.3. Le rôle central des mitochondries...22
2.3.1. Mitochondries et bioénergétique cellulaire ...23
2.3.2. Rôle central des mitochondries dans le contrôle de la mort cellulaire programmée ...26
2.4. Les lysosomes : des organites au contenu acide qui contiennent une riche panoplie d’enzymes de dégradation...27
3. Conclusion ...28
Références...28
II - ÉLÉMENTS DE GÉNÉTIQUE MOLÉCULAIRE : LE MATÉRIEL HÉRÉDITAIRE...31
Olivier COHEN - Jacques DEMONGEOT 1. Brève histoire de la génétique de MENDEL à MONOD...31
2. Structure et dynamique de l’ADN ...36
2.1. Structure de base ...36
2.2. Dénaturation-réassociation de l'ADN...39
2.3. Dynamique de l’ADN ...39
3. Organisation de l’ADN : chromatine et chromosomes...39
3.1. La structure de base, fibre de 100 Å de diamètre...40
3.2. La superstructure de base, fibre de 300 Å de diamètre...40
3.3. Organisation en chromosomes...40
3.3.1. Morphologie commune ...41
3.3.2. Aspects en microscopie optique...42
Aspects généraux Signification des bandes 3.3.3. Aspects en microscopie électronique...42
3.4. Dimension du génome haploïde ...42
4. Différentes sortes d'ADN ...43
4.1. L'ADN « noble » : les gènes ...43
4.1.1. Définition ...43
Le gène est l’unité d’hérédité Le gène est un message
4.1.2. Structure d’un gène...44
La région en amont (5’) est une région de régulation La partie transcrite est constituée 4.1.3. Classement des gènes ...45
Les gènes uniques ou quasi-uniques Les familles de gènes Les superfamilles 4.1.4. Une catégorie à part : les gènes domestiques ...46
4.1.5. Les pseudo-gènes 4.2. L’ADN répété...46
4.2.1. L’ADN hautement répétitif ...46
4.2.2. L’ADN moyennement répétitif...46
5. Expression des gènes...47
5.1. Transcription...47
5.2. Maturation des ARNm ...47
5.2.1. Fixation d’une coiffe méthylée ...48
5.2.2. Polyadénylation ...48
5.2.3. Epissage ou excision des introns du transcrit primaire ...48
5.3. La traduction...48
5.3.1. Les acteurs ...48
5.3.2. Les différentes étapes ...51
L’initiation L’élongation La terminaison et le re-largage du ribosome 6. Régulation de l’expression des gènes ...52
6.1. Chez les procaryotes ...52
6.1.1. Les opérons inductibles...53
6.1.2. Les opérons répressibles...53
6.2. Dans les systèmes eucaryotes ...53
6.2.1. L’environnement chromatinien des gènes actifs ...53
6.2.2. Zones super-enroulées et ADN de type Z ...53
6.2.3. Régulation par méthylation ...54
6.2.4. Régulation transcriptionnelle ...54
Les éléments cis-régulateurs Les facteurs trans-régulateurs Régulation par choix du promoteur 6.2.5. Régulation post-transcriptionnelle ...55
Epissage alternatif ou différentiel Multiplicité du site de polyadénylation Modulation de la durée de vie des ARNm Stockage des ARNm 6.2.6. Régulation de la traduction ...56
7. Maintien de l’intégrité de l’ADN...56
7.1. Réplication de l’ADN ...56
7.1.1. Aspects généraux...56
7.1.2. Aspects morphologiques ...56
Chez les procaryotes Chez les eucaryotes 7.1.3. Aspects biochimiques : la fourche de réplication...57
7.2. Systèmes de réparation de l’ADN ...57
7.2.1. Altérations de l’ADN ...57
7.2.2. Les systèmes de réparation de l’ADN ...58
8. Pathologies de l’ADN–Les mutations ...58
8.1. Définition...58
8.2. Conséquences de la mutation...59
8.2.1. Mutations d’une séquence non-codante...59
8.2.2. Mutations dans les régions codantes...59
8.2.3. Mutations à effet quantitatif ...59
8.2.4. Mutations silencieuses...59
8.2.5. Mutations instables...59
9. Conclusions et perspectives ...60
Références...63
Annexe 1 - L’expérience princeps de MILLER et l’ARN archétypal...66
Jacques DEMONGEOT Annexe 2 - Notion de réseau de régulation génétique...70
Jacques DEMONGEOT III - CROISSANCE ET MULTIPLICATION CELLULAIRE...73
Didier GRUNWALD - XavierRONOT 1. Le cycle cellulaire : une division qui multiplie ...74
2. De la quantité à la complexité : la prolifération organisée ...76
2.1. Procaryotes versus eucaryotes ...76
2.2. Les organismes pluricellulaires : cycle et développement...77
2.3. La différenciation : de la pluripotence à la fonction unique...78
3. Problèmes et limites du cycle cellulaire ...79
3.1. Problèmes ...79
3.2. Limites ...80
4. Méthodes d’étude du cycle cellulaire ...80
5. Application de la CMF à l’étude du cycle cellulaire...82
5.1. Analyse monoparamétrée...82
5.1.1. Etude de la prolifération...83
5.1.2. Mesure de la ploïdie (index en ADN)...85
5.2. Analyse multiparamétrée ...86
5.2.1. Marquage des cellules en phase S par incorporation de BrdU ...86
5.2.2. Mesure de la durée du cycle...87
5.2.3. Cycle cellulaire et contenu en ARN ...88
5.2.4. Cycle cellulaire et contenu en protéines ...89
Références...90
IV - MORPHOGÈNES ET CHAMPS MORPHOGÉNÉTIQUES...93
Pierre-SimonJOUK 1. Introduction...93
2. La drosophile, animal modèle de la génétique du développement ...94
2.1. Ovogenèse et folliculogenèse ...95
2.2. Embryogenèse ...97
3. L’établissement de l’information positionnelle...99
3.1. La mise en place des axes corporels du zygote sous la dépendance de gènes maternels...99
3.1.1. Mise en place de l’axe antéro-postérieur ...99
3.1.2. Mise en place de l’axe dorso-ventral ...102
3.2. Les gènes de segmentation...104
3.2.1. Les gènes gap...105
3.2.2. Les gènes pair-rule ...105
3.2.3. Les gènes de polarité segmentaire ...108
3.3. La spécification des segments : les gènes homéotiques ...109
4. Conclusions et perspectives ...110
Pour en savoir plus ...111
Annexe - Information positionnelle, gradient morphogénétique et modèles de réaction-diffusion ...113
Philippe TRACQUI A1. Codage par seuils et formalisation du modèle du drapeau français ...114
A2. De un à deux morphogènes : le couple activateur-inhibiteur dans les modèles de réaction-diffusion ...117
A2.1. Extension du cadre conceptuel proposée par A. TURING...117
A2.2. Un exemple associant régulation temporelle et organisation spatiale...118
A3. Information positionnelle et facteurs mécaniques ...120
V - MOLÉCULES D’ADHÉRENCE ET SIGNALISATION CELLULAIRE...125
Alain DUPERRAY 1. Les molécules d’adhérence cellulaire ...126
1.1. Les sélectines...127
1.2. Les intégrines...128
1.3. La superfamille des immunoglobulines...129
1.4. Les cadhérines ...130
2. Le cytosquelette ...131
2.1. Les microfilaments...132
2.2. Les microtubules ...133
2.3. Les filaments intermédiaires ...133
3. Les jonctions intercellulaires...133
3.1. Jonctions serrées...133
3.2. Jonctions d’ancrage ...134
3.2.1. Jonctions cellule/cellule ...134
3.2.2. Jonctions cellule/matrice extracellulaire...135
3.3. Jonctions communiquantes ...135
4. Rôles des molécules d’adhérence dans la migration cellulaire...135
4.1. Extension du corps cellulaire ...136
4.2. Formation des points d’ancrage...136
4.3. Forces de traction ...137
4.4. Rétraction et détachement de l’arrière de la cellule...137
4.5. Régulation de la migration...137
5. Molécules d’adhérence et signalisation ...139
6. La réaction inflammatoire : un exemple faisant intervenir les différents mécanismes d’adhérence...140
7. Utilisation des protéines fluorescentes pour l’étude de la dynamique des assemblages adhésifs ...142
8. Conclusion ...142
Références...143
Annexe 1 - Auto-organisation biologique et structures hors-équilibre : l’exemple des microtubules ...144
JamesTABONY - NicolasGLADE Annexe 2 - Caractérisation des forces de traction cellulaires...148
Philippe TRACQUI Annexe 3 - Les moteurs moléculaires...154
Alain DUPERRAY VI - MATRICES EXTRACELLULAIRES ANALOGUES BIOLOGIQUES DE CRISTAUX LIQUIDES...157
Marie Madeleine GIRAUD GUILLE 1. Introduction...157
2. Un réseau complexe de macromolécules...158
2.1. Les collagènes ...158
2.2. Les fibres élastiques ...159
2.3. Les glycoprotéines...160
2.4. Les polysaccharides...161
3. Rôle des matrices extracellulaires et relations avec les cellules ...163
3.1. Forme, protection, locomotion...163
3.2. Relations cellules-matrices ...163
3.2.1. Adhésion des cellules à la matrice ...163
3.2.2. Comportement de fibroblastes en culture...164
4. Assemblage de macromolécules de structure...165
4.1. Assemblage ordonné dans les tissus...165
4.2. Analogues biologiques des cristaux liquides ...165
4.3. Validation à l’échelle moléculaire ...165
5. Conclusion et perspectives ...171
Pour en savoir plus ...173
VII - CINÉTIQUE ENZYMATIQUE ET CONTRÔLE DES FLUX...175
Jean-Pierre MAZAT 1. La cinétique enzymatique...175
1.1. Introduction : pourquoi des enzymes ?...175
1.1.1. Les enzymes accélèrent les réactions du métabolisme ...175
1.1.2. Les enzymes permettent un couplage entre des réactions dont l'une est thermodynamiquement défavorable...176
1.1.3. Les enzymes sont spécifiques ...177
Spécificité de fixation Spécificité de réaction 1.1.4. Les enzymes sont régulées ...179
1.2. L’équation de MICHAELIS-HENRI...179
1.2.1. Historique...179
1.2.2. L'équation de MICHAELIS-MENTEN-HENRI...180
Le concept d'enzyme-substrat L'équilibre Approximation L'état stationnaire Propriétés d'une cinétique michaelienne L'équation de MICHAELIS-HENRI intégrée Les représentations d'une cinétique enzymatique michaelienne 2. Le contrôle des flux métaboliques ...185
2.1. Les coefficients de contrôle des flux ...185
2.1.1. Introduction et historique ...185
2.1.2. Etat stationnaire ...187
2.1.3. Définitions ...188
2.1.4. Détermination des coefficients de contrôle ...189
Méthode Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Limitation à l'usage des inhibiteurs 2.1.5. Relation de sommation...194
Conséquences de la relation de sommation Application 2.1.6. Conclusion ...195
2.2. Coefficients d'élasticité ...195
2.2.1. Introduction...195
2.2.2. Définition : coefficient d'élasticité...196
2.2.3. Détermination des coefficients d'élasticité dans quelques cas simples ...197
2.2.4. Relations de connexion avec les coefficients de contrôle des flux...197
2.2.5. Cas de 2 étapes consécutives ...199
Variation des coefficients de contrôle de flux et des élasticités Détermination des coefficients de contrôle Cas d'une première étape irréversible Cas de la deuxième étape irréversible 2.2.6. Conclusion...200
3. Conclusion générale et perspectives ...200
Références...201
Annexe - Principales linéarisations de l’équation de MICHAELIS-HENRI...204
Jean-Pierre MAZAT A1. Linéarisation de LINEWEAVER et BURK...205
A2. Linéarisation d'EADIE-HOFSTEE...205
A3. Linéarisation de HANES-WOOLF...205
A4. Précision des expressions linéarisées ...206
VIII - ELÉMENTS D’ÉLECTROPHYSIOLOGIE...207
Alain BARDOU 1. Des origines au concept de potentiel d’action ...207
2. La théorie ionique du potentiel transmembranaire de HODGKIN et HUXLEY...214
2.1. Le courant potassique...215
2.2. Expériences de voltage-clamp et modifications associées du modèle théorique...216
2.3. Le courant sodique ...217
2.4. Evolution des constantes de temps avec la dépolarisation ...219
3. Du voltage-clamp au patch-clamp ...220
4. Conclusions et perspectives ...224
Références...225
IX - ELÉMENTS DE PHYSIOLOGIE ET DE PHYSIOPATHOLOGIE CARDIAQUE...227
Alain BARDOU 1. Extension de la theorie d’HODGKIN-HUXLEY à la cellule cardiaque...227
2. Genèse et propagation de l’excitation dans le cœur ...232
3. De la propagation des potentiels d’action à l’électrocardiogramme Présentation de quelques arythmies cardiaques ...236
3.1. Arythmies sinusales...238
3.2. Blocs affectant la conduction auriculo-ventriculaire ...238
3.3. Tachycardies d’origine ectopique...241
3.4. La fibrillation auriculaire ou ventriculaire ...242
4. Conclusions et perspectives ...244
Références...245
Annexe - Simulation d'ondes de propagation et fibrillation ventriculaire ...247
Alain BARDOU X - ELÉMENTS DE NEUROPHYSIOLOGIE...253
Patrick MOUCHET 1. Introduction...253
2. Le neurone ...254
2.1. Principales caractéristiques...254
2.1.1. Morphologie ...254
2.1.2. Autres caractéristiques des neurones ...258
2.2. Propriétés électriques des neurones ...258
2.2.1. Structure électrotonique ...258
2.2.2. Phénomènes régénératifs...261
3. Communications entre neurones...264
3.1. Synapses et fonctionnement synaptique...264
3.1.1. Position et morphologie des synapses ...264
3.1.2. Les différentes familles de neurotransmetteurs...265
3.1.3. Processus de libération et récepteurs des neurotransmetteurs ...268
3.1.4. Fixation aux récepteurs ...270
Spécificité de la fixation Quelques caractéristiques des récepteurs aux neurotransmetteurs 3.2. Conséquences de la transmission synaptique...272
3.2.1. Potentiels post-synaptiques ...272
3.2.2. Intégration dendritique des informations reçues par le neurone...273
Intégration en mode passif Intégration en mode régénératif 3.2.3. Plasticité synaptique ...275
Modifications à court terme Modifications à long terme 4. Quelques propriétés des ensembles de neurones...277
4.1. Fonctionnement collectif des groupes de neurones ...277
4.2. Formes et rôles de la connectivité neuronale ...278
4.3. Connectivité courte ...278
4.4. La connectivité longue et son articulation avec la connectivité courte...280
5. Conclusions et perspectives ...283
Principales abréviations...284
Références...284
Annexe - Rôle fonctionnel de la connectivité et des coordinations neuronales dans un système sensoriel : exemple du premier relais des voies olfactives ...286
Patrick MOUCHET GLOSSAIRE...291
INDEX...315
TABLE DES MATIÈRES...321
